水泥企业自动化控制水平高低,直接影响了产品质量和生产效率及操作安全。随着PLC的功能和结构不断改进,应用范围从原来的逻辑控制发展到连续和分批量过程控制,以高可靠、低成本的特点,深受广大用户好评。
先了解一下水泥厂的主要设备,水泥生产过程主要分为三个阶段,即生料制备、熟料烧成和水泥粉磨。
用到的主要设备有破碎机、生料磨、立磨、传送带、风机、水泵、回转窑、堆取料机、提升机、辊压机、水泥磨等。以上设备都需大功率电机来拖动,每一台电机都有1台或多台电柜来为它服务。
其中回转窑所配的是直流电机,其他设备均为交流电机。直流电机联接减速机来拖动回转窑的旋转,因些要用到直流电机控制柜,根据直流电机功率大小,一般需要配1-2台直流电机控制柜,当然直流电机的电压不是固定的一种,常用的有440V和660V两种,配直流电机控制柜时要考虑到。由于回转窑是水泥厂重要的设备,正常生产时不允许长时间停机,控制柜一旦坏了,将影响生产,因此有部分厂配了2套直流电机控制柜就是这个目的,一用一备。
其它设备都是交流电机,在这些交流电机的设备上,有配低压交流电机的,有配高压电机的,像生料磨、立磨、辊压机、水泥磨大多选配的绕线式高压异步电动机,每台电机需要3台柜子来控制,分别是高压开关柜、液阻柜、进相器,高压开关柜是接电机的接线盒,进相器接至电机屁股后面的滑环上,然后再从进相器引一根电缆至液阻柜,主回路就是这么接的,当然三台柜子之间有联锁信号,需要接控制线(联锁线怎么接?请进入每个产品页面有介绍),因此三台柜子最好放在一起,方便接线。需要说明的是,由于辊压机和破碎机的负荷不稳定,所配的进相器跟磨机是不同的。
破碎机、风机、水泵等大多是鼠笼式异步电动机,有些是高压电机、也有低压电机,不论是高压电机还是低压电机,避免起动电流过大跳闸,都需要配软启动柜,当然力调电费也吓人,水泥行业电费都不低,再加上力调罚款,中大型厂每个月的电费在几十万至几百万不等,这就需要无功补偿,补到一定程度,电费还有奖励,长年累月省下的也很可观。
以上说了这么多设备,生产时都需开机、停机及开、停机的顺序及保护停机等就需要用到PLC控制系统,而基于PLC的DCS控制系统(下称PLC控制系统)侧重于顺序控制等功能,成本相对较低。对于整个控制过程中以开关量输入、输出约占80%的中小型水泥厂来讲,从节省投资的角度来考虑,选择PLC控制系统是比较合理的。
控制方式及设备选型
水泥厂生产过程自动化控制包括顺序控制和过程控制两方面。顺序控制主要是实现对全厂进入PLC的电动机、电控设备进行成组起动、停车以及设备运行时的相互联锁等;过程控制主要是实现对全厂进入PLC的温度、压力、速度、流量、料位等工艺参数进行采集,并通过对诸如阀门开度、速度给定等对生产过程进行调节和控制。
控制方式选择
水泥厂的电动机控制方式有两种,集中优先控制方式和机旁优先控制方式。
选择集中控制方式时,计算机根据工艺流程图及保护要求,将按预先安装好的程序,由操作员对需要的分组进行起停控制。
选择机旁控制方式时,人工在机旁单独开、停机,以利于单机试车。
设备出现严重异常或伤害事故时,机旁可以立刻停车;同样,中控室可以进行一个子系统范围内的紧急停车。
为了提高可靠性,随设备配带的控制箱、控制柜,如稀油站、除尘器、液阻柜以及高压开关柜等均采用小PLC或常规的继电器完成其自身必要的顺序控制和过程控制,安装控制方式选择开关,提供给计算机远方控制方式接口,以尽量减少主控系统的开销,并可就地试车。
自动化设备选型
压力变送器尽量选用测量范围大的产品,减少型号种类,以方便日常维护或备件准备。一般场合的温度测点选用热电阻、热电偶监测元件,大型机械设备或大型电动机的保护热电阻温度信号,如回转窑托轮、主电动机绕组温度等热电阻信号,全部进入计算机由中控室集中监视。窑筒体测温装置、窑尾预热器一级筒出口处气体分析仪、生料质量控制系统、窑头和篦冷机用监控工业电视系统通常为独立完整的监控系统,其部分必要的信号应进入计算机。
过程控制级
过程控制级包括生料粉磨控制站、烧成窑尾控制站、烧成窑头控制站和水泥粉磨控制站,实现对所辖设备的过程控制和顺序控制。
设备起停
通过工艺流程画面,打开相应的“设备起停”控制面板,可实现对各车间的设备进行分组起动和停止,并通过电动机上的指示灯来显示各设备电动机的运行状态。按工艺要求的不同每个操作站分为若干组进行起停操作,并且开停机均设有必要的时间间隔。
电气联锁
设备控制方式分为机旁单机控制和集中联锁控制两种。正常生产时,每组电气设备均须切换至集中联锁控制方式,程序中设有设备状态检查、设备组状态检查、起动及运行中设备过程联锁控制等。参加联锁控制的某台电气设备在起动或停机出现误操作时,该组设备均不能起动或停机。